Theo Nghị định 08/2022/NĐCP ban hành ngày 10/01/2022 thì các các công ty, doanh nghiệp, cơ sở sản xuất có phát sinh nước thải trên 200m3/ngày thì từ nay đến 31/12/2024 phải hoàn thành lắp đặt các trạm quan trắc nước thải tự động
Hiện nay trên thế giới có hai loại hình trạm quan trắc nước tự động đáp ứng được yêu cầu quan trắc hầu hết các chi tiêu chất lượng nước (nước mặt, nước biển, nước thải...), bao gồm:
- Thiết bị không dùng hóa chất
- Thiết bị có dùng hóa chất
Thiết bị không dùng hóa chất cũng có mấy loại.
- Các đầu đo quang phổ sử dụng bước sóng tử ngoại-khả kiến (UV-VIS) để quan trắc các chất có hiệu ứng hấp thụ ánh sáng UV_VIS như COD, BOD, TOC, TSS, màu, NO3, NO2, BTX...
- Các đầu đo quang phổ sử dụng bức xạ huỳnh quang (Fluoresent) dùng để quan trắc O2, algar, dầu khoáng...
- Các đầu đo điện hóa, điện cực chọn lọc ion dùng để đo pH, ROP, EC, Cl2, Ammoni, NO3...
Chúng ta cần phân biệt giữa là đầu đo (probe) và đầu dò/cảm biến (sensor). Đầu đo (Probe) là một thiết bị hoàn chỉnh bao gồm phần phần tiếp nhận tín hiệu (cuvet trong đầu đo quang phổ hoặc sensor /tip điện hóa trong đầu đo điện hóa) mạch khuếch đại, datalogger xuất tín hiệu RS485. Tất cả được đặt trong ống có gioăng kín nước và được nhúng chìm trực tiếp trong nước. Tín hiệu RS485 truyền theo dây dẫn lên bộ hiển thị tín hiệu (Terminal) đặt trên cạn. Vì vậy các đầu đo quang phổ còn được gọi là máy đo quang phổ nhúng chìm.
Máy quang phổ nhúng chìm có hai loại:
- Loại một chùm tia và bước sóng cố định: Loại này dùng để đo các chỉ tiêu riêng rẽ tương ứng với hiệu ứng hấp thụ ánh áng ở bước sóng nhất định
- Loại hai chùm tia và giải bước sóng UV-VIS: Một chùm tia để đo, một chùm tia để đối chứng so sánh điểm 0, bước sóng được quét từ 200-720nm nên đo được đồng thời tất cả các chất có hiệu ứng hấp ánh sáng trong khoảng đó.
Ưu điểm của máy quang phổ nhúng chìm hai chùm tia là đo đồng thời nhiều chỉ tiêu trên một đầu đo, trong quá trình đo được bổ chính nền liên tục nên kết quả ổn định hơn so với máy một chùm tia. Ngoài việc bổ chính điểm 0 ra máy hai chùm tia do đo đồng thời TSS là các chất rắn lơ lửng và độ đục trong nước gây cản trở ánh sáng truyền qua nên sẽ được bổ chính/loại trù gây sai số cho các kết quả đo các thông số khác.
Trong hình dưới đây phản ánh phổ hấp thụ tử ngoại của nước thải khi không được bổ chính TSS, độ đục (đường trên) và khi được bổ chính TSS, độ đục (đường dưới). Phổ hấp thụ ánh sáng sau khi được bổ chính có các pic hấp thụ điển hình so với phổ hấp thụ khi không được bổ chính, dẫn đến kết quả đo sẽ chính xác hơn.
Đối với các thông số như pH, ammoni, clo dư, NO3... sử dụng phương pháp điện hóa hoặc điện cực chọn lọc ion.
Để đo các thông số này cũng có hai loại: loại thiết bị trong phòng thí nghiệm (PTN) và loại thiết bị đo on-line, nhúng chìm trực tiếp vào nước thải.
- Loại PTN thường chỉ dụng sensor để nhúng vào dung dịch và mạch khuếch đại tách rời nhau. Sensor của thiết bị PTN không có khả năng tự làm sạch và việc làm sạch điện cực được thực hiện bởi thử nghiệm viên trước khi đo. Sau khi đo điện cực được bảo quản trong dung dịch bảo quản. Dung dịch không chỉ là để bảo quản mà còn có khả năng phục hồi dung dịch điện hóa bị hao mòn khi đo.
- Loại thiết bị đo on-line: Loại này sensor và mạch khuếch đại được gắn trên một đầu đo nhúng trực tiếp xuống nước. Sensor có khả năng tự làm sạch vả luôn nhúng trong nước thải không được bảo quản trong dịch đo như loại PTN. Loại thiết bị on-line này cũng không cần phải điều kiện đảm bảo như loại PTN nên giá thành bao giờ cũng đắt hơn nhiều lần.
Bên cạnh hai thiết bị chính cho trạm quan trắc nước thải nói riêng và trạm quan trắc nước chất lượng nước nói chung là loại quang phổ nhúng chìm (cho các thông số có hiệu ứng hấp thụ ánh sáng) và các thông số hóa-lý (cho các các chất có phản ứng điện hóa và màng chọn lọc ion) không cần sử dụng hóa chất thì một số thông số khác Tổng P, tổng N, Phenol, Cyanua, kim loại nặng... đòi hỏi phải có các thiết bị phân tích có sử dụng hóa chất.
- Thiết bị phân tích kim loại nặng:
Thiết bị phân tích kim loại nặng on-line trong nước cũng có hai loại:
+ Phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử: Dựa theo nguyên lý phân tích dòng chảy (FIA), nước được bơm hút mẫu hút lên, sau khi lọc được chuyển vào vòng phản ứng. Tại vòng phản ứng, hóa chất tạo môi trường phù hợp với điều kiện phản ứng của mỗi một kim loại và thuốc thử tạo màu được bơm vào. Cường độ màu tỷ lệ với nồng độ kim loại nặng có trong mẫu và được đo bằng máy đo quang phổ hấp thụ vùng khả kiến (VIS). Toàn bộ quá trình được tự động hóa
+ Phương pháp cực phổ vol-ampe hòa tan: Ion kim loại nặng được kết tủa trên bề mặt điện cực rắn (graphit, vàng...) ở một thế năng nhất định trong mội trường thích hợp sau đó được hòa tan trở lại dung dịch. Cường độ dòng hòa tan phụ thuộc vào lượng kim loại kết tủa trên điện cực hay nói cách khác phụ thuộc vào nồng độ kim loại có trong nước.
Các thiết bị phân tích truyền thống để phân tích kim loại nặng như hấp thụ nguyên tử (AAS ngọn lửa, AAS graphit)) hoặc ICP, ICP-MS không ứng dụng được trong phân tích on-line vì chúng không có khả năng tự động hóa toàn bộ quá trình phân tích và đặc biệt những thiết bị này đòi hỏi phải làm việc trong môi trường ổn định.
Phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử nói chung có giới hạn phát hiện thấp ở mức ppm và độ chọn lọc kém vì trong vùng ánh sáng nhìn thấy có rất nhiều ion kim loại nặng tạo với chất tạo màu hình thành nên các phức màu làm phổ hấp thụ phân tử chồng lấn nhau dẫn đến kết quả thường cao hơn so với thực tế (sai số hệ thống dương)
Trong khi đó phương pháp vol-ampe hòa tan có độ nhạy rất cao ở mức dưới ppb thậm chí có nguyên tố đạt đến 0.1ppb và có độ chọn lọc cao vì trong một môi trường nhất định và ở một thế nhất định thì chỉ có một ion kim loại nặng mới có khả năng kết tủa và hòa tan trên điện cực.
Mặt khác, phương pháp phân tích kim loại nặng bằng quang phổ hấp thụ phân tử tốn kém hơn so với phương pháp vol-ampe hòa tan vì thuốc thử tạo màu đắt tiền so với các hóa chất tạo môi trường trong phương pháp vol-ampe hòa tan (thường chỉ là dung dịch axit loãng 5% hoặc dung dịch đệm).
Kết luận:
Với sự đa dạng của các thiết bị và sự bùng nổ của các nhà cung cấp thiết bị quan trắc tự động hiện nay, người tiêu dùng thông minh cần dựa vào những phân tích khoa học để cân nhắc lựa chọn trước khi đầu tư, không bị lôi cuốn vào những lời quảng cáo mê hoặc của các nhân viên bán hàng, không bị giá cả hấp dẫn mà quên đi các tính năng kỹ thuật cũng như kinh nghiệm của đơn vị cung cấp.
Hạnh Vân
